Что значит устойчивое состояние атома

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Устойчивость атомов определяется малой величиной а по нескольким причинам. Одна из них заключается в том, что вероятность перехода для электрического дипольного излучения ( главный механизм, посредством которого атом излучает или поглощает фотоны) зависит от а. Рассмотрение этой зависимости показывает, что электрон должен совершить примерно Ija ( aZ) 2 колебаний, прежде чем испустит фотон. Это объясняет метаста-бильный характер возбужденных состояний атомов и молекул. Вероятность того, что возбужденный атом одновременно испустит два фотона, пропорциональна квадрату вероятности испускания одного фотона, поэтому такой процесс имеет очень малую вероятность и действительно наблюдается очень редко. Но вещество может также распадаться с излучением энергии: вещество может аннигилировать и превращаться в электромагнитное излучение. Вероятность такого способа исчезновения электрона пропорциональна мере его взаимодействия с электромагнитным полем и, следовательно, зависит от а. Другими словами, величина а характеризует часть времени, которое электрон проводит в виде электромагнитного излучения. Как известно, величина а мала, но, если бы она была близка к единице, вещество и излучение были бы неразличимы. [2]

Устойчивость атомов в классической физике можно было бы объяснить, предположив, что отрицательный электрический заряд в них ( даже в простейшем атоме водорода) представляет собой непрерывную электрическую жидкость, равномерно размазанную по поверхности сферы. В этом случае среднюю скорость элемента заряда, а значит, и плотность тока на сфере можно сделать равной нулю, так что подобная система была бы не способна испускать электромагнитное излучение. [6]

Вопрос об устойчивости предлагаемого атома на этой стадии не следует подвергать рассмотрению, ибо устойчивость окажется, очевидно, зависящей от тонких деталей структуры атома и движения составляющих его заряженных частей. [9]

Первые представления об устойчивости атомов били получены еще и то время, когда понятия ядро не существовало. [12]

Механика Ньютона не может объяснить устойчивость атома или его ядра. По классическим представлениям между электроном и ядром в атоме действует только кулоновская сила притяжения, а это значит, что электрон должен быстро упасть на ядро, а атом уменьшить свой размер в сотни тысяч раз. [14]

При увеличении заряда ядра периодически меняется устойчивость атомов и повторяются весьма устойчивые атомы благородных газов. Точно также при определенных значениях Z возникают более устойчивые ядра. Опыт показывает, что действительная устойчивость ядер ( например, время их полураспада) меняется с изменением номера Z немонотонно. [15]

Источник

О стабильности атома

Современная физика просто перенасыщена вопросами, которые не прилично задавать в обществе увешенных регалиями научных авторитетов, потому, что их наивность кроме разрежения от безграмотности их задающего ни чего более не вызывает.

Среди сонма этих неприличных вопросов и такой: почему атом нейтрален и стабилен?

Поскольку учащиеся, которым пытаются объяснить то, что сами учёные плохо понимают, подобные вопросы не перестают задавать, то для этих случаев и были сформулированы научно обоснованные ответы в которых сомневаться ни кому не позволено, особенно через чур любопытным школярам и студентам.

Нейтральность атома объясняется его строением. На внешних орбитах атома располагаются отрицательно заряженные электроны в количестве определенном таблицей Менделеева, то бишь химическими свойствами элементов. В ядре атома располагаются положительно заряженные протоны, которые и обеспечивают необходимую массу атома. Но часто их число превышает допустимое число электронов, поэтому, чтобы обеспечить нейтральность атома в ядре существуют нейтроны. Это почти тоже самое, что и протоны, только нейтральные.

Всё поняли? Переходим дальше.

Стабильность атома обеспечивается уравнением стабильности атома Нильса Бора, который в 1913 году сформулировал:

Кулоновские силы взаимодействия электронов с атомным ядром уравновешены центробежной силой электрона на его орбите:

Преобразование этого уравнения приводит нас к выражению радиуса электронной орбиты:

q – заряд электрона в Кулонах;
Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева;
е – энергия электрона в еВ.
9*10^(9) м/ф – коэффициент пропорциональности

Те, кто не в состоянии понять основы элементарной атомной физики, недостойны аттестата зрелости, и уж тем более права участвовать в диспутах на эту тему. Тема закрыта и обжалованию не подлежит.

Это был краткий обзор состояния современной атомной физики на уровне школьных знаний.

Поскольку мне аттестат зрелости уже не нужен, двери всех научных журналов для меня были закрыты изначально, а недавно я узнал, что моя крамола лишила меня права доступа на некоторые чопорные сайты, то я могу себе позволить задавать вопросы, на которые у современной науки просто нет ответов.

И так, вернёмся к вопросу нейтральности атома.

По современной планетарной модели, атом представляет собой электронную оболочку, в центре которой расположены положительные протоны. Каждый отдельно взятый электрон взаимодействует не с отдельным протоном, а с их совокупностью, т.е. с ядром как неким целым объектом. Поэтому компенсация заряда электрона протоном по предложенной модели один к одному может быть применена только к атому протия, однопротонному водороду. Во всех остальных случаях заряд электрона по предложенной схеме не может быть скомпенсирован, так как электрон не может в ядре выделить для себя протон, которому бы он проявил свое предпочтение и воспринимает всю эту «братию» как одно целое с зарядом Zq. Иными словами положительное электрическое поле вокруг каждого электрона в Z раз больше его собственного отрицательного поля. Эта первая ляпа, которая с лёгкостью проходит для самой невзыскательной публики.

Вторая ляпа связана с тем, что электрическое поле разнозаряженных объектов замыкается на зарядах. Иными словами, если поместить друг против друга два разноименных заряда электрические поля противоположных зарядов ни когда, ни при каких обстоятельствах, не смогут оказаться с противоположной стороны противоположного заряда. Поэтому если мы рассматриваем отрицательно заряженную оболочку, то с внешней стороны, она всегда будет отрицательной, сколько бы положительных зарядов мы в неё не вкладывали.

Таким образом, предложенная модель электрической нейтральности атома, противоречит азам физики.

В связи с этим возникает естественный вопрос: а зачем в этом случае вообще надо было создавать такой странный конструкт как нейтрон, который после распада атома существует не более 15 минут, распадаясь на протон, электрон и нейтрино, в то время как ни с протоном, ни с электроном, ни чего странного не происходит?

Теперь относительно стабильности центробежных и кулоновских сил.

Чтобы обеспечить подобное равновесие необходимо допустить, что размеры атомов не зависят от плотности и массы атомов. Поэтому если заглянуть в современную таблицу Менделеева (от которой бедный старик уже весь извертелся на том свете), то мы увидим, что действительно атомные радиусы не подчиняются даже уравнению стабильности Бора.

Алюминий (13) – 0,143 нм;
Кремний (14) – 0,118 нм;
Фосфор (15) – 0,130 нм и т.д.

Хотя, из уравнения стабильности мы видим, что радиус атома должен быть пропорционален атомному номеру.

Но это уже мелочи, на которые можно просто не обращать внимание.

Значительно интересней то, что водород, азот, кислород, фтор и хлор, имеют практически одинаковый радиус с отклонением не более 0,9% от радиуса идеального атома равного 1,3248925 нм, т.е. для этих элементов радиус атома не зависит от атомного номера элемента вообще никак. [1]

Итак, непредвзятый анализ свойств конкретных элементов приводит нас к убеждению, что атом представляет собой устойчивое сферическое образование с постоянным радиусом, который не зависит ни от массы, ни от плотности атома, а постоянен для всех элементов. В этом случае предположение о том, что стабильность атома определяется равновесием центробежных и кулоновских сил противоречит наблюдаемым фактам.

На сегодня, за сто лет изучения свойств реальных атомов, так и не была предложена ни одна модель, которая могла бы согласовать наблюдаемую плотность элементов с исследованными свойствами их электронной оболочки.

Очевидно, пришло время кардинально пересмотреть наши взгляды на природу гравитационного взаимодействия.

До настоящего времени закон всемирного тяготения открытый Ньютоном в 1666 году, остаётся единственным описанием гравитационного взаимодействия. Но уже анализ распределения скоростей космических объектов в Галактике говорит о том, что гравитационное взаимодействие описывается иными условиями.

В общем виде гравитационное взаимодействие может быть описано следующим уравнением:

F – сила гравитационного взаимодействия;
G – гравитационная константа;
М – масса гравитационного центра;
m – масса сателлита на орбите гравитационного центра;
R – радиус орбиты сателлита;
n – показатель степени, зависящий от размера пространственной области где рассматривается гравитационное взаимодействие.

Для макро размеров Солнечной системы n=2. Для размеров Галактики n=1, для Метагалактики n=1/2 и т.д.

Для пространственных микро размеров менее 10 нм гравитационное взаимодействие описывается уравнением:

n=3 до размеров 0,00001 Ферми

Гравитационная константа в этом случае определяется из выражения:

G(1) = ((3^(3) + 1) / (5^(3) * 3^(2))^1/2 = 0,1577621275 в ед.гр. – для элементов в газообразном состоянии.

G(2) = G(1) / 100 = 0,001577621275 в ед.гр. – для элементов в жидком и твёрдом состоянии.

Уравнение стабильности в этом случае имеет вид:

R = (0,001577621275 / 8,9875338*10^(16))^1/2 = 0,1324894 нм – для элементов в жидком и твёрдом состояниях.

Таким образом, в микроскопических областях гравитационное взаимодействие не зависит от массы гравитационного центра, а удерживает сателлит на криволинейной траектории исключительно только за счет массы самого сателлита. И если сателлит будет, по каким либо причинам, терять скорость, гравитационное взаимодействие по спирали приведет его в центр вращения, даже при отсутствии в нём какой либо массы вообще. Иными словами в микро пространстве мы сталкиваемся не с гравитацией двух тел, а с гравитацией одного тела, а это принципиально отличается от того, что нам сегодня известно о гравитационном взаимодействии.

Вторым важным следствием, очевидно, является то, что в условиях микропространства электромагнитное взаимодействие по своей мощности обратно пропорционально гравитационному. Иными словами, электрические и магнитные силы внутри атома существенно ниже сил гравитационного взаимодействия.

[1] Если исправить системные ошибки в определении атомных весов, то же верно и для всех иных элементов, если рассчитывать радиус по наблюдаемой для этих элементов плотности.

Источник

Почему атомы устойчивы?

Почему атомы устойчивы?

По законам механики электрон в атоме необходимо должен обращаться вокруг ядра. Иначе он упадет на ядро, с атомом произойдет какая-то катастрофа. В самом деле, массивное положительно заряженное ядро притягивает отрицательно заряженный электрон, как Солнце притягивает планеты. Если планеты не падают на Солнце, то только потому, что они обращаются вокруг него. Значит, если электроны не падают иа ядра, то необходимо предположить, что они не находятся в покое в атоме, а обращаются вокруг ядра.

Электродинамика, наука о движении зарядов, давно установила, что когда электрические заряды меняют направление движения или скорость, они излучают электромагнитные волны. Следовательно, электроны при обращении вокруг ядра должны порождать электромагнитные волны, т. е. световое излучение. Так, по крайней мере, следует из законов, найденных физикой для мира больших тел.

Однако если применить эти законы к атомам, опять возникают противоречия. В самом деле, если электрон неизбежно должен обращаться вокруг ядра и если он при этом неизбежно должен излучать, то также неизбежно он должен терять энергию. А потеря энергии неизбежно приведет к тому, что электрон будет быстро приближаться к ядру. Через какие-нибудь миллионные доли секунды должна неминуемо произойти катастрофа — электрон упадет на ядро.

Таким образом, законы механики требуют: чтобы избежать катастрофы, электрон в атоме должен обращаться вокруг ядра. А законы электродинамики утверждают: раз обращение заряда — значит излучение; раз излучение — значит потеря энергии и катастрофа.

Но катастрофа не происходит. Из опыта мы видим, что атомы большинства элементов в обычных условиях вполне устойчивы. А неустойчивость радиоактивных атомов связана не с характером движения электронов, а со свойствами ядер. Впрочем, и атомы радиоактивных элементов в конце концов превращаются в очень устойчивые атомы новых, нерадиоактивных элементов.

Почему же атомы устойчивы?

Не действуют ли в атомах какие-то новые законы излучений, которые были неизвестны ранее?

Физики вооружаются электронной пушкой. На помощь ученым вновь пришел свет, точнее, изучение условий, при которых возникают излучения в атомах.

Внимание физиков привлек один очень существенный факт: атомы излучают определенные частоты не в любом состоянии. Они излучают, когда вещество нагревается до очень высокой температуры или когда через него пропускают электрический ток (если речь идет о газах), или когда атомы обстреливаются потоком электронов или рентгеновских лучей, словом, когда атомы вещества «возбуждаются», т. е. когда их внутренняя энергия возрастает.

Этот факт известен давно. Он говорит о том, что в обычном, «нормальном» состоянии атом не излучает, каковы бы ни были движения электронов в нем. По-видимому, излучения атома связаны не с движениями электронов, а с особыми «потрясениями» в атоме.

Не узнаем ли мы более подробно о характере излучения атомов, если изучим процесс возбуждения атомов?

Прежде всего надо научиться управлять возбуждением. Это значит, надо научиться передавать атомам ровно столько энергии, сколько мы хотим.

Годится ли для этого газовая горелка? Нет, не годится. В газовой горелке атомы какого-либо вещества получают энергию при ударе их атомами газов, образующих пламя. А в пламени атомы газа движутся с самыми различными скоростями. И энергия у них поэтому различна. При столкновениях в пламени один атом вещества получит одну порцию энергии, а другой, может быть, в сотни раз больше. И этого никак не избежишь.

Но вот около полусотни лет назад физики научились получать поток электронов, в котором все электроны имеют одну и ту же скорость, а следовательно, и одинаковую энергию. Для этой цели была построена специальная «электронная пушка». Источником электронов в ней служила металлическая проволочка. Она накаливалась током, и тогда из нее- вылетали электроны. По вылете электроны попадали в специально созданное электрическое поле, которое ускоряло их движение, доводило их энергию до необходимого, точно определенного уровня. Изменяя разность потенциалов поля, можно было по желанию уменьшать или увеличивать энергию электронов. Так как энергия, полученная таким путем электронами, очень мала, то ее стали измерять не обычными единицами, а «электрон-вольтами». Эта единица энергии равна энергии, которую приобретает электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в один вольт.

Такая электронная пушка и была использована для возбуждения атомов.

Читайте также

Глава III. Атомы и частицы

Глава III. Атомы и частицы 1. Атомная структура материи Хорошо известно, что древние мыслители неоднократно высказывали предположение о дискретной природе материи. Они пришли к этому, исходя из философской идеи о том, что невозможно осознать бесконечную делимость материи

Глава 1 АТОМЫ В ДВИЖЕНИИ

Глава 1 АТОМЫ В ДВИЖЕНИИ § 1. Введение§ 2. Вещество состоит из атомов§ 3. Атомные процессы§ 4. Химические реакции§ 1. ВведениеЭтот двухгодичный курс физики рассчитан на то, что вы, читатель, собираетесь стать физиком. Положим, это не так уж обязательно, но какой преподаватель

III. Откуда берутся атомы?

III. Откуда берутся атомы? Рождение элементов (t = 1 секунда — 3 минуты)Мы уже очень далеко уклонились от первоначального вопроса крошки Билли «Откуда я взялся?»[115], зато теперь готовы дать на него ответ получше.Сначала надо рассказать малышу, из чего он на самом деле сделан.

Свет и атомы

Свет и атомы Почему атомы светятся? Свет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счете узнать, при каких

Почему атомы светятся?

Почему атомы светятся? Свет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счете узнать, при каких условиях атомы

Как атомы обмениваются энергией?

Как атомы обмениваются энергией? В первом опыте были взяты пары ртути. Энергия снарядов-электронов увеличивалась постепенно. Оказалось, что при малых энергиях электронов никакого возбуждения атомов ртути не наступало. Электроны ударяли в них, но отскакивали с той же

10. Одни и те же атомы, но разные кристаллы

10. Одни и те же атомы, но разные кристаллы Чёрный матовый мягкий графит, которым мы пишем, и блестящий прозрачный твёрдый, режущий стекло алмаз построены из одних и тех же атомов, а именно, атомов углерода. Почему так резко различны свойства этих двух сходных по составу

Атомы, физика и этика

Атомы, физика и этика Самая первая перестройка фундамента физики произошла после двух веков царствования порядка, открытого Ньютоном. Главную роль в той перестройке сыграл Джеймс Максвелл, и эту роль трудно переоценить именно потому, что он ввел первое новое

Глава вторая. Атомы

Глава вторая. Атомы Физические явления, происходящие в окружающем нас мире, представляют бесконечную цепь загадок. Вода, охлаждаясь, превращается в твердый, бесцветный лед, нагреваясь же, становится невидимым водяным паром. Если ее слегка подкислить серной кислотой и

Атомы

Атомы Около 2000 лет назад в Древнем Риме была написана оригинальная поэма. Ее автором был римский поэт Лукреций Кар. «О природе вещей» – так называлась поэма Лукреция.Звучными стихами рассказал Лукреций в своем поэтическом произведении о взглядах древнегреческого

Одни и те же атомы, но разные кристаллы

Одни и те же атомы, но разные кристаллы Черный матовый мягкий графит, которым мы пишем, и блестящий прозрачный, твердый, режущий стекло алмаз построены из одних и тех же атомов – атомов углерода. Почему же так различны свойства этих двух одинаковых по составу

2. Почему атомы повсюду танцуют рок-н-ролл

2. Почему атомы повсюду танцуют рок-н-ролл Тот факт, что вы не проваливаетесь сквозь пол, говорит вам: есть что-то такое, что не дает микроскопическим составляющим материи развалиться на еще более мелкие части С классической точки зрения атомы попросту невозможны. Ричард

Атомы

Атомы Уже Демокрит и Лесипс в V в. до н.э. говорили об атомах. Римский поэт Лукреций (98—55 до н.э.) в De rerum natura, объясняя теорию Демокрита, говорил, что воздух, земля и все другие вещи мира сделаны из набора частиц или корпускул — атомов, находящихся в безостановочном и очень

III. Откуда берутся атомы?

III. Откуда берутся атомы? Рождение элементов (t = 1 секунда – 3 минуты)Мы уже очень далеко уклонились от первоначального вопроса крошки Билли «Откуда я взялся?»[116], зато теперь готовы дать на него ответ получше. Сначала надо рассказать малышу, из чего он на самом деле сделан.

Источник

Устойчивость ядра атома

Изучите строение атома, из чего состоит и устойчивость ядра атома. Читайте о процессе радиоактивного распада, активности радионуклидов, бета-распаде.

Устойчивость атома основывается на отношении и количестве протонов и нейтронов, передающих закрытые и заполненные квантовые оболочки.

Задача обучения

Основные пункты

Термины

Устойчивость атома основывается на взаимосвязи протонов и нейтронов, а также присутствует ли «магическое число» элементов, позволяющее создать замкнутые или заполненные квантовые оболочки. Последние отвечают энергетическим уровням в атомной модели оболочки. Заполненные создают удивительные стабильные условия для нуклида. Из 254 стабильных только 4 обладают нечетной характеристикой: водород-2 (дейтерий), литий-6, бор-10, азот-14.

Также есть лишь 4 естественных радиоактивных нечетных нуклида, где период полураспада длится миллиард лет: калий-40, ванадий-50, лантан-138, тантал-180m.

Многие из них не отличаются устойчивостью к бета-распаду, потому что продукты распада выступают четными и объединены сильнее эффектами ядерного спаривания.

Атомы с неустойчивым ядром обладают избыточным энергетическим запасом, используемым для повторного формирования частицы. В процессе радионуклид проходит сквозь радиоактивный распад, приводящий к появлению гамма-лучей и субатомных частиц, вроде альфа и бета.

Это одна из разновидностей радиоактивного распада. Атомное ядро выпускает альфа-частички и превращается в атом с массовым числом, меньшим на 4, и атомным числом, меньше на 2

Все элементы формируют ряд радионуклидов, хотя периоды полураспада у многих настолько незначительны, что их просто нельзя обнаружить в природе. Даже у наиболее легкого элемента, водорода, есть радиоизотоп – тритий.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Устойчивое состояние атомов в кристаллической решетке обусловлено определенными соотношениями между силами притяжения и отталкивания. Когда одно тело скользит по другому, то вследствие неровной поверхности некоторые точки соприкасающихся поверхностей настолько сближаются, что происходит их взаимное отталкивание, другие же, более далеко расположенные точки, будут притягиваться. [1]

Нормальному устойчивому состоянию атома отвечает минимум энергии. Находясь в нормальном состоянии, атом не излучает энергии. Если атом подвергнуть внешнему воздействию, то он будет переведен в другое стационарное состояние с большей энергией. При возвращении с более высокого энергетического уровня на низший атом излучает энергию в виде электромагнитных колебаний определенной частоты. [2]

По правилу Хунда устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение с / ммарного спина атома максимально. Анализ атомных спектров элементов показывает, что орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному, а затем по второму электрону. При этом электроны с противоположными спинами спариваются, образуя электронное облако, и тогда их суммарный спин становится равным нулю. Следовательно, максимальное значение суммарного спина атома соответствует наибольшему числу неспаренных электронов, имеющих одинаковый спин. [4]

Правило Гунда: устойчивому состоянию атома соответствует распределение электронов с максимальным абсолютным значением суммарного спина в пределах подуровня. [5]

По правилу Хунда устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. Анализ атомных спектров элементов показывает, что орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному, а затем по другому электрону. При этом электроны с противоположными спинами спариваются, образуя электронное облако, и тогда их суммарный спин становится равным нулю. Следовательно, максимальное значение суммарного спина атома соответствует наибольшему числу неспаренных электронов, имеющих одинаковый спин. [6]

При заполнении квантовых ячеек необходимо знать правило Гунда: устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня ( р, d, f), при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. Так, если два электрона займут одну орбиталь п I I, то их суммарный спин будет равен нулю. Заполнение электронами двух орбиталей т IТI I даст суммарный спин, равный единице. [11]

Такой порядок размещения электронов в атоме углерода представляет собой частный случай общей закономерности, выражаемой правилом Хунда: устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. [12]

Такой порядок размещения электронов в атоме углерода представляет собой частный случай общей закономерности, выражаемой правилом Хунда: устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. [13]

Такой порядок размещения электронов в атоме углерода представляет собой частный случай общей закономерности, выражаемой правилом Хунда: устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. [15]

Источник